CN111344823B - 直流链路电容器模块、电力电子模块和电力电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流链路电容器模块(1，1’)，其中，线圈(4，5)导电地附于两个彼此相对的电极板(2a，2b)上，其中，在每个电极板(2a，2b)上设置多个第一连接装置(6)，以产生与第二连接装置(9a，9b)的可拆卸或不可拆卸的插入式连接，该第二连接装置(9a，9b)与之对应并且附于电力电子模块(8)的母线(7a，7b)上。

Description

直流链路电容器模块、电力电子模块和电力电子设备

本发明涉及一种电力电子设备，尤其用于电动汽车。本发明还涉及一种适用于电力电子设备生产的直流链路电容器模块和电力电子模块。

根据现有技术，电力电子设备，例如用于电能存储的充电设备、逆变器或直流变换器，是众所周知的。这种电力电子设备包括带有直流链路电容器的恒压直流链路。

具有恒压直流链路的电力电子设备，其目的是，例如，应用于具有组合或专用电力驱动的车辆，通常使用大功率的功率半导体或功率半导体模块。它们能够借助部分复杂的控制程序和合适的驱动方法来实现高速切换，根据需要通过高速切换来转换大功率电源。然而，恒压直流链路上高电流的快速切换，与电感(特别是固有设计中的线电感)结合，常常导致在功率半导体或功率半导体模块的关闭过程中出现不期望的电压峰值。在大多数情况下，恒压直流链路上的功率半导体或功率半导体模块的高频切换操作，仍然会导致电磁兼容性的损伤。

众所周知，通过在恒压直流链路中使用直流链路电容器，来抵消这些不期望的电效应。这项措施的成功尤其取决于通过适当的组装和连接技术，建立直流链路电容器与功率半导体或功率半导体模块的最佳电力和机械的连接。

直流链路电容器通常由两个彼此相对的电极板构成，其间有一个或多个线圈。每个线圈都有两个彼此相对的端面，所述端面可以通过喷镀金属而可电接触。喷镀金属的端面通常焊接(solder)或焊到(weld)相应的电极板上。电极板依次牢固地连接到母线，该母线具有用于连接外部电路、电缆等的端子元件。在某些实施例中，带有线圈的电极板被夹在它们和母线之间，除了其中设置的端子元件外，都被封装在灌注混合物中。直流链路电容器通常由电力电子设备的制造商从供应商处购买，该供应商根据制造商的规范制造直流链路电容器。如果制造商的规范发生变化，则供应商有必要生产相应的适应直流链路的电容器。这既麻烦又昂贵。

本发明的目的是消除现有技术的缺点。尤其地，提供一种可以省力制造的电力电子设备。

该目的是通过权利要求1、6和11的技术特征来实现的。本发明的有利实施方式源于从属权利要求的技术特征。

根据本发明的第一方面，提出了一种直流链路电容器模块，其中线圈以导电方式附于两个彼此相对的电极板上，其中，在每个电极板上设置多个第一连接装置，所述第一连接装置用于与附于电力电子模块的母线上对应的第二连接装置产生可拆卸或不可拆卸的插头连接。

与现有技术的不同，所提出的直流链路电容器模块没有母线。每个电极板上仅设置第一连接装置，所述第一连接装置适用于连接在母线上设置的第二连接装置。这使得利用电力电子模块中母线上设置的第二连接装置来安装母线变为可能，在随后的生产步骤中，通过简单的插头连接，以将直流链路电容器模块电接到母线。

直流链路电容器模块可以进一步具有导电地附于电极板上的线圈。根据电力电子设备制造商的要求，供应商可以为直流链路电容器模块提供不同数量的线圈和/或不同性能的线圈。无论如何，电极板的几何形状和以及第一连接装置的设计和尺寸都可以拥有。这使得制造商能够快速、方便地安装直流链路电容器模块，例如，该直流链路电容模块具有不同电容，同时拥有附于电力电子模块上的母线的安装几何形状。在供应商方面，消除了将母线安装到电极板上的昂贵和耗时的步骤。除此之外，这种直流连接电容器模块也可由供应商以较小的单位提供，其中一些单元可以由制造商使用插头连接安装在母线上。

根据特别有利的实施例，第一连接装置与电极板整体形成。第一连接装置可以与所述电极板一体生产，例如通过冲压、激光切割和弯曲技术。尤其地，第一连接装置可以设计成适于接收插针的插座或凸舌的方式。插座或凸舌可以例如包括夹紧弹簧等。

根据另一有利的实施例，由其间接收第一线圈的电极板所组成的第一对电极板，以及由其间接收一个或多个第二线圈的两个进一步彼此相对的电极板所组成的第二对电极板，它们是平行排列的。建议将直流链路电容器模块细分为第一对电极板和第二对电极板，它们各自之间有线圈，使得在保持预定几何形状的同时能够减少电极板间的所跨区域。由此，减小了直流链路电容模块的漏电感。这种直流链路电容器模块适合于特别快速的切换操作。

根据本发明的第二方面，提出了具有至少两条母线的电力电子模块，其中，在每个母线上设置第二连接装置，用于建立与相应的第一连接装置的可拆卸或不可拆卸的插头连接，所述第一连接装置根据本发明附于直流链路电容模块上。

在最初没有直流链路电容模块的情况下，所提出的电力电子模块可以有利地由制造商生产。在之后的生产步骤中，通过建立插头连接，可以快速方便地连接到直流链路电容器模块。由此，制造商可以例如以这种与冷却装置紧密依附或与冷却装置直接接触的方式来安装母线。在第二连接装置处，每根母线可以设置成标准化排列。这使得在母线上安装一个或多个几何形状合适的直流链路电容器模块成为可能。

母线可以相反排列的方式安装，尤其是以类似三明治的方式。一个母线可以具有用于另一个母线的第二连接装置通过的孔径。

根据有利的实施例，第二连接装置以从母线伸出触针的方式设计，该触针可以摩擦地插入第一连接装置中。术语“触针”应当在上下文中理解成一般术语，即，也可以由彼此相邻排列的一个或多个触舌形成，例如，所述触舌在平面图中是矩形、梯形或尖形的。触针也可以形成为引脚或管座。横截面可以是圆形、正方形或矩形的。

第二连接装置很方便地与母线形成一体。第二连接装置可以通过例如冲压、激光切割和弯曲形成。

母线可以具有用于连接到电源线、电路等的端子元件。例如，是带有用于固定元件(如螺钉、螺栓等)通过的孔的接线片。

优选地，电力电子模块作为用于电能存储的充电设备、逆变器或直流变换器。

根据本发明的第三方面，提出了一种电力电子设备，其中通过插头连接的方式，根据本发明的直流链路电容器模块被连接到根据本发明的电力电子模块的母线。

这种电力电子设备可以在减少支出的情况下生产。根据需要，它还可以与具有相同或不同电容、介电强度、漏电感等的多个直流链路电容器模块组合。此外，所提出的母线与直流链路电容器模块的分离，可以用于改良直流链路电容器模块的冷却。母线可以由制造商以可以高效冷却它们的方式安装在电力电子模块中。

根据本发明的电力电子设备还可以包括覆盖件，该覆盖件以气密方式包围线圈。覆盖件保护线圈免受可能会损坏线圈的湿气和热力的影响，尤其是在运输中。所述覆盖件尤其优选可变形的，以便容纳在覆盖件内部的线圈与周围环境之间无气体交换的情况下，实现压力平衡。尤其，这使得可以在运输过程中省去通常使用的一次性金属箔，传统线圈被焊接到这种一次性金属箔中。

此外，电力电子设备可以包括密封元件，其相对于母线密封覆盖件。在这种情况下，覆盖件可能位于母线上。

根据有利的实施例，在第一连接装置和第二连接装置之间建立的连接是可拆卸或不可拆卸的。例如，首先建立的用于安装直流链路电容器模块的插头连接可以保持原样。然后是一个可分离的连接。然而，也可以设想，一旦建立了插头连接，例如，第二连接装置变形导致连接成为不可拆卸的，即，在不变形或破坏连接装置的情况下不可拆卸。

下文将基于附图更详细地说明本发明的有利实施例，其中：

图1示出了第一电力电子设备的部分透视图；

图2示出了第二电力电子设备的部分透视图；

图3a示出了在第一位置的第一连接装置和第二连接装置的透视截面图；

图3b示出了在第一位置的第一连接装置和第二连接装置的剖面侧视图；

图3c示出了在第二位置的第一连接装置和第二连接装置的剖面透视图；以及

图4示出了组合状态下电力电子设备的透视图。

图1示出了通常由参考符号1表示的直流链路电容器模块。直流链路电容器模块1具有第一电极板2a和第二电极板2b，它们彼此相对排列并形成第一电极板对2，以及具有第三电极板3a和第四电极板3b，它们彼此相对排列并形成第二电极板对3。在第一对电极板2之间有多个第一线圈4，在第二对电极板3 之间有第二线圈5。线圈4、5在前面喷镀金属。通过焊接(solder)、焊合(weld) 或其它一连接技术，线圈4被连接到电极板2a、2b，线圈5被连接到电极板3a、 3b。

电极板2a、2b、3a、3b各自具有第一连接装置6。第一连接装置6是弯曲的凸舌，在这里与电极板2a、2b、3a、3b形成一个整体。

图1还示出了电力电子模块8的第一母线7a和第二母线7b(此处部分被覆盖)。母线7a、7b以三明治的形式彼此电绝缘。第二连接装置9a、9b从母线7a、 7b伸出，并以插入式凸舌的方式设计。从第一母线7a伸出的第二连接装置9a穿过第二母线7b中的孔10。

第一连接装置6和第二连接装置9a、9b被相应地设计成产生可拆卸或不可拆卸的插头连接。直流链路电容器模块1上的第一连接装置6的排列对应于母线 7a、7b上第二连接装置9a、9b的排列，以便当直流链路电容器模块1放置在母线7a、7b上时，可以在所有第一连接装置6和所有第二连接装置9之间建立插头连接。

第一母线7a与第一端子元件11a连接。第二母线7b与第二端子元件11b 连接。端子元件11a和11b各自具有孔12，例如，可以通过该孔引导螺丝连接到电源线上。

图1所示的母线7a、7b的排列是电力电子模块8的固定部分。直流链路电容器模块1可以通过插头连接的方式连接到电力电子模块8，以构成电力电子设备14。

如图2所示，在保留母线7a和7b相同设计的同时，另一个不同设计的直流链路电容器模块1’可以连接至第一母线7a和第二母线7b。进一步地，直流链路电容器模块1’仅具有第一电极板2a和第二电极板2b，它们形成一对电极板对 2且在它们之间有多个第一线圈4。由于电力电子模块8关于母线7a、7b和设置在母线上的第二连接装置9a、9b的排列和设计是标准化的，因此根据第一连接装置的排列和设计而相应设计的直流链路电容模块1、1'可以通过插头连接而不费力地连接。然而，直流链路电容器模块1、1’可以在电极板2a、2b、3a、3b和它们之间的线圈4、5的数量和设计方面有不同的设计。这使得能够将具有不同电容、漏电感等的直流链路电容模块1，1'与电力电子模块8相结合。

图3a示出了连接前，在第一位置的附于电极板(这里以第三电极板3a为例)的第一连接装置6和从母线(这里以第一母线7a为例)伸出的第二连接装置9a的透视截面图。尤其结合如图3b所示的剖面侧视图，第一连接装置6在此被设计成弯曲的凸舌，该弯曲的凸舌与第一电极板2a一体制成。第二连接装置 9a由从第一母线7a延伸出的两个舌片构成，这两个舌片在第一连接装置6的自由端汇聚。第一连接装置6可以摩擦地插入被设计为凸舌的第二连接装置9a中。图3c 示出了通过插头连接的方式，连接到第二位置中的电力电子模块8的直流链路电容器模块1，第二连接装置9a已经变形，以产生不可拆卸的连接。通过可拆卸的连接，变形被消除。

图4示出了电力电子设备14的部分透视图，其中包括连接到电力电子设备模块8的直流链路电容器模块1和覆盖件15，它们处于组装状态。此外，电力电子模块8包括其他电力电子组件(未示出)，其实现作为能量存储的充电设备、作为逆变器或作为直流变换器的功能。

覆盖件15位于第二母线7b上，并通过密封件16相对母线进行密封。覆盖件15设计为可变形的，以便在容纳线圈4、5的覆盖件内部17与周围环境之间，在不进行气体交换的情况下实现压力平衡。

Claims (14)

1.直流链路电容器模块(1，1’)，其中线圈(4，5)以导电方式附于两个彼此相对的电极板(2a，2b)上，其中，在每个电极板(2a，2b)上设置多个第一连接装置(6)，用于产生与相应的第二连接装置(9a，9b)的可拆卸或不可拆卸的插头连接，所述第二连接装置(9a，9b)附于电力电子模块(8)的母线(7a，7b)上，其中，第一电极板对(2)由电极板(2a，2b)形成，在电极板对(2a，2b)之间有第一线圈(4)，第二电极板对(3)由另外两个彼此相对的电极板(3a，3b)形成，在电极板对(3a，3b)之间有第二线圈(5)，第一电极板对(2)与第二电极板对(3)设置为平行排列。

2.根据权利要求1所述的直流链路电容器模块(1，1’)，其中，第一连接装置(6)与电极板(2a、2b、3a、3b)形成一体。

3.根据权利要求1或2所述的直流链路电容器模块(1，1’)，其中，第一连接装置(6)以适于接收触针的插座或凸舌的方式设计。

4.根据权利要求3所述的直流链路电容器模块(1，1’)，其中，第一电极板对(2)的第一电极板(2a)被连接到第二电极板对(3)的第三电极板(3a)，第一电极板对(2)的第二电极板(2b)被连接到第二电极板对(3)的第四电极板(3b)。

5.具有至少两条母线(7a，7b)的电力电子模块(8)，其中，在每个母线(7a，7b)上设置第二连接装置(9a，9b)，用于产生与相应的第一连接装置(6)的可拆卸或不可拆卸的插头连接，所述第一连接装置(6)附于根据上述任一权利要求所述的直流链路电容器模块(1，1’)上。

6.根据权利要求5所述的电力电子模块(8)，其中，第二连接装置(9a，9b)与母线(7a，7b)整体形成。

7.根据权利要求5或6所述的电力电子模块(8)，其中，第二连接装置(9a，9b)以从母线(7a，7b)伸出触针的方式设计，该触针能够利用摩擦接触插入第一连接装置(6)中。

8.根据权利要求5所述的电力电子模块(8)，其中，母线(7a，7b)具有用于连接到电源线的连接元件(11a，11b)。

9.根据权利要求5所述的电力电子模块(8)，被设计为用于电能存储的充电设备、逆变器或直流变换器。

10.电力电子设备(14)，其中根据权利要求1至4中任一权利要求所述的直流链路电容器模块(1，1’)，通过插头连接连接到根据权利要求5至9中任一权利要求所述的电力电子模块(8)。

11.根据权利要求10所述的电力电子设备(14)，其中，建立在第一连接装置(6)与第二连接装置(9a，9b)之间的插头连接是可拆卸或不可拆卸的。

12.根据权利要求10或11所述的电力电子设备(14)，其中，第二连接装置(9a，9b)在被插入第一连接装置(6)后变形，以产生不可拆卸的连接。

13.根据权利要求10所述的电力电子设备(14)，还包括，以气密方式包围线圈(4，5)的可变形的覆盖件(15)。

14.根据权利要求13所述的电力电子设备(14)，还包括密封元件(16)，该密封元件(16)将盖元件(15)相对于母线(7a，7b)密封。

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